基于双目视觉的复杂背景下运动目标三维信息重建.pdf

西北大学
硕士学位论文
基于双目视觉的复杂背景下运动目标三维信息重建
姓名:张丽丽
申请学位级别:硕士
专业:信号与信息处理
指导教师:潘建寿
20100401
摘要三维重建技术的研究是计算机视觉学科的一个重要领域,而双目视觉则是三维重建中的一项重要技术,它利用左右摄像机拍摄出的立体图像对,依据其中包含的几何关系将场景的三维信息重构出来。本文以构建一个双目视觉实验平台为切入点,在双目视觉系统下,对如何获取复杂背景下运动目标质心的三维信息进行了深入研究。主要包括四方面内容:双目视觉摄像机标定、基于立体视觉的运动目标检测、基于区域相关以及基于特征的两种立体匹配算法、基于蚣艿乃渴泳跞砑7⑵教ā在双目视觉摄像机标定方面:采用国际象棋棋盘作为定标物,通过仿真获取棋盘角点的坐标信息,并用亚像素处理方法提高坐标精度。然后依据平面模板两步法析,验证了本方法的有效性。种结合灰度和视差的背景差分算法,能够有效地结合两种算法的优点。通过实验数据分析,验证了该算法对于复杂背景性肷鸵跤案扇下的运动目标检测的有效性和精在立体匹配和三维信息重建方面:在实际应用中,场景往往受到光线和噪声的干扰,而且在大多数场合下,往往只关注场景中运动目标的三维信息。因此本文首先采用区域相关匹配算法获取视差图,结合背景差分算法精确地检测出复杂背景下的运动目标,然后仅针对左右图像中检测出的运动目标,采用特征匹配算法进行二次立体匹配。结合摄鲁棒性。在构建一个双目视觉实验平台方面:利用咎峁┑腄教ɑ结束后在绦蛑校ü褂肧嗵峁┝薙成员函数实现结果显示。通双目视觉,摄像机标定,目标检测,立体匹配,三维重建进行参数求解,获取了摄像机的内部外部参数以及畸变参数的最优解。通过实验数据分在基于立体视觉的运动目标检测方面:结合单目视觉下的背景差分算法,提出了一确性。像机标定结果,获取运动目标质心的精确三维信息。通过实验数据分析验证了本方法的取左右视频信息,通过方式完成在蚣芟露訫牡饔茫过系统效果演示,表明该平台可以正常运行,使研究工作更加聚焦算法本身。关键词
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雄一一一指导教师签名:丢阻学位论文作者签名:琢砀纫≯五年》甑篈冢曲如年苦目西北大学学位论文知识产权声明书西北大学学位论文独创性声明为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所等机构将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》或其它相关数据库。保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名:本人声明:所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
第一章绪论研究背景及意义图像是人类获取信息,表达信息和传递信息的重要手段。人类通过视觉系统将现实世界的三维物体转化为二维图像,再从中获取三维信息来达到对该物体的认知目的。随着计算机和信号处理理论的不断发展,计算机视觉开始逐渐兴起。计算机视觉就是通过图像传感器获取到图像或图像序列,并转化为数字信号,进而通过计算机以数字图像处理的方法来分析理解这些图像,对三维世界进行描述和解释。其最终研究目的就是使计算机能够像人类视觉那样观察和理解世界,并具有自主适应环境的能力。传统的人类视觉对于图像信息的识别费时费力,效率低下。与人类视觉系统相比,计算机视觉具有很多优点:能够快速地在图像序列中分析和查找有用信息,便于显示、压缩、存储和传输,提高了效率。将人力资源从很多枯燥的工作中释放出来,适用于高速发展的现代社会的计算机视觉是一个多学科交叉的领域,主要涉及计算机科学、信息处理、模式识别、控制理论、神经网络、数学和心理物理学等。其研究范围也非常广泛,包括:目标识别、边缘提取、摄像机标定、立体匹配、目标检测和三维重建等多个方面。其中立体匹配是最关键的部分,其结果直接影响到后续处理的精度,目前很多研究都是围绕着立体匹配进行的。立体匹配就是在变化空间中寻找一种或多种变换,使得来自不同角度的两幅图像在空间上一致,由于拍摄时间,拍摄角度以及自然环境的变化等都被综合成单一的图像灰度值,要准确地对包含上述随机因素的图像进行无歧义匹配十分网难,因此近几十年来寻求一种匹配精度高,速度快和抗干扰性强的立体匹配算法一直是人们关注